Modelo de médula espinal cultivado en laboratorio reproduce lesiones y pone a prueba una terapia de «moléculas danzantes»

Científicos de Northwestern University han desarrollado un innovador modelo cultivado en laboratorio que utiliza organoides de médula espinal humana y que reproduce con precisión las respuestas a una lesión, lo que podría acelerar las terapias regenerativas. Por primera vez, el modelo replicó con éxito la muerte celular, la inflamación y la cicatrización glial, una barrera densa que bloquea el rebrote de los nervios.

Los organoides son versiones en miniatura de órganos, cultivadas a partir de células madre, que imitan la estructura y la función del tejido real. Utilizando organoides de médula espinal humana lesionados, los investigadores probaron «moléculas danzantes», una terapia que previamente había demostrado en animales revertir la parálisis y reparar el tejido. Los organoides tratados mostraron un crecimiento significativo de neuritas —las prolongaciones largas que conectan las células nerviosas— y el tejido similar a una cicatriz disminuyó.

La terapia, presentada en 2021, utiliza el movimiento molecular para reparar la lesión traumática de la médula espinal. Inyectada como un líquido, se gelifica formando una red de nanofibras que imita la matriz extracelular, el andamiaje natural que rodea a las células de la médula espinal. Ajustar con precisión el movimiento colectivo de las moléculas mejora su interacción con los receptores celulares. En ratones, una sola inyección administrada 24 horas después de una lesión grave ayudó a que los animales volvieran a caminar en un plazo de cuatro semanas.

Samuel I. Stupp, autor principal del estudio e inventor de la terapia, afirmó que uno de los aspectos más emocionantes de los organoides es que pueden utilizarse para probar nuevas terapias en tejido humano. A falta de un ensayo clínico, es la única manera de lograr este objetivo. Tras aplicar la terapia, la cicatriz glial se atenuó de forma notable hasta volverse apenas detectable, mientras crecían neuritas, semejante a la regeneración axonal observada en animales. Esto valida que la terapia tiene buenas probabilidades de funcionar en humanos.

Para modelar la lesión de médula espinal, el equipo creó dos lesiones frecuentes: una laceración con bisturí y una contusión compresiva, similar al daño producido por un accidente grave o una caída. Ambas provocaron muerte celular y formación de cicatriz glial, como se observa en lesiones reales. El equipo también añadió microglía, las células inmunitarias del cerebro, para simular las respuestas inflamatorias. Los investigadores fueron los primeros en introducir microglía en un organoide humano de médula espinal, lo que significa que el organoide cuenta con todos los compuestos químicos que el sistema inmunitario residente produce en respuesta a una lesión, convirtiéndolo en un modelo más realista y preciso de lesión medular.

Aplicada a organoides lesionados, la terapia líquida se gelificó para formar un andamiaje, calmó la inflamación, redujo la cicatrización, extendió las neuritas y favoreció un crecimiento nervioso ordenado. En la lesión de médula espinal, los axones, un tipo de neurita, suelen quedar seccionados, lo que interrumpe la comunicación nerviosa y causa parálisis; regenerar estas prolongaciones podría ayudar a restaurar la función.

Antes de desarrollar el modelo de lesión, los investigadores probaron la terapia en un organoide sano. Las moléculas danzantes hicieron brotar neuritas largas en la superficie del organoide, pero cuando se usaron moléculas con menor o nulo movimiento, no se observó nada. Esta diferencia fue muy evidente. La notable eficacia de este enfoque terapéutico se atribuye al movimiento supramolecular de las moléculas, que permite interacciones frecuentes con los receptores celulares.

La terapia ha recibido la Orphan Drug Designation de la U.S. Food and Drug Administration. A continuación, el equipo planea organoides más avanzados, incluidos modelos de lesión crónica con tejido cicatricial más resistente y, en última instancia, implantes personalizados cultivados a partir de las propias células madre del paciente para evitar el rechazo inmunitario.

Este trabajo, publicado en Nature Biomedical Engineering, subraya no solo el potencial de avances terapéuticos, sino también el papel transformador de los organoides para fomentar una comprensión más profunda de la fisiología y la patología humanas. Los organoides permiten a los investigadores acelerar sus estudios y reducir costes en comparación tanto con los experimentos en animales como con los ensayos clínicos en humanos.